Sellüloza efiri necə hazırlanır?

Sellüloza efiri sellülozanın eterfikasiya modifikasiyası ilə əldə edilən bir növ sellüloza törəməsidir. Mükəmməl qatılaşdırıcı, emulsifikasiya, suspenziya, film əmələ gəlməsi, qoruyucu kolloid, nəm saxlama və yapışma xüsusiyyətlərinə görə geniş istifadə olunur. Qida, tibb, kağız istehsalı, üzlük, tikinti materialları, neft bərpası, toxuculuq və elektron komponentlər kimi elmi tədqiqat və sənaye sahələrində milli iqtisadiyyatın inkişafında mühüm rol oynayır. Bu yazıda sellülozanın eterfikasiya modifikasiyası üzrə tədqiqatın gedişi nəzərdən keçirilir.

Sellülozaefirtəbiətdə ən çox yayılmış üzvi polimerdir. Yenilənə bilən, yaşıl və biouyğundur. Kimya mühəndisliyi üçün mühüm əsas xammaldır. Eterifikasiya reaksiyasından əldə edilən molekuldakı müxtəlif əvəzedicilərə görə, tək efirlərə və qarışıqlara bölünə bilər. sellüloza efirlər.Budur biz alkil efirləri, hidroksialkil efirləri, karboksialkil efirləri və qarışıq efirlər daxil olmaqla tək efirlərin sintezi üzrə tədqiqatların gedişatını nəzərdən keçirir.

Açar sözlər: sellüloza efir, efirləşmə, tək efir, qarışıq efir, tədqiqatın gedişi

1. Sellülozanın efirləşmə reaksiyası

Sellülozanın eterləşmə reaksiyası efir ən mühüm sellüloz törəmə reaksiyasıdır. Sellülozanın eterizasiyası qələvi şəraitdə sellülozanın molekulyar zəncirlərində hidroksil qruplarının alkilləşdirici maddələrlə reaksiyası nəticəsində əmələ gələn törəmələr seriyasıdır. Eterifikasiya reaksiyasından əldə edilən molekullardakı müxtəlif əvəzedicilərə görə tək efirlərə və qarışıq efirlərə bölünə bilən bir çox növ sellüloza efir məhsulları vardır. Tək efirlər alkil efirlərinə, hidroksialkil efirlərinə və karboksialkil efirlərinə, qarışıq efirlər isə molekulyar quruluşda birləşən iki və ya daha çox qrupa malik olan efirlərə bölünə bilər. Sellüloza efir məhsulları arasında karboksimetil selüloz (CMC), hidroksietil selüloz (HEC), hidroksipropil sellüloza (HPC), hidroksipropil metil sellüloza (HPMC) təmsil olunur ki, bunlar arasında bəzi məhsullar kommersiyalaşdırılıb.

2. Sellüloza efirinin sintezi

2.1 Tək efirin sintezi

Tək efirlərə alkil efirləri (məsələn, etilselüloz, propilselüloz, fenilselüloz, siyanoetilselüloz və s.), hidroksialkil efirləri (məsələn, hidroksimetilselüloz, hidroksietilselüloz və s.), karboksialkilselülozelselüloz və s. və s.).

2.1.1 Alkil efirlərinin sintezi

Berglund və başqaları əvvəlcə selülozu etil xlorid ilə əlavə edilmiş NaOH məhlulu ilə müalicə etdilər, sonra 65 ° C temperaturda metil xlorid əlavə etdilər.°C-dən 90-a qədər°C və 3bar-dan 15bara qədər təzyiqə məruz qaldı və metilselüloz efiri istehsal etmək üçün reaksiya verdi. Bu üsul yüksək səmərəli ola bilər Suda həll olunan metilselüloz efirlərini müxtəlif dərəcədə əvəzetmə ilə əldə etmək.

Etilselüloz ağ termoplastik qranul və ya tozdur. Ümumi məhsullar 44% ~ 49% etoksi ehtiva edir. Əksər üzvi həlledicilərdə həll olunur, suda həll olunmur. pulpa və ya pambıq 40% ~ 50% natrium hidroksid sulu məhlulu ilə doldurulur və qələviləşdirilmiş sellüloza etil selüloz əldə etmək üçün etil xlorid ilə etoksilləşdirilir. selüloza artıq etil xlorid və natrium hidroksidlə reaksiyaya salmaqla, həlledici kimi toluoldan istifadə edərək bir addımlı üsulla 43,98% etoksi tərkibli etil sellülozu (EC) uğurla sintez etmişdir. Təcrübədə seyreltici olaraq toluol istifadə edilmişdir. Eterifikasiya reaksiyası zamanı o, nəinki etil xloridin qələvi sellülozaya yayılmasını təşviq edə bilər, həm də yüksək dərəcədə əvəzlənmiş etil selülozu həll edə bilər. Reaksiya zamanı reaksiyaya girməyən hissə davamlı olaraq ifşa oluna bilər, bu da eterləşdirmə agentini zəbt etmək asandır, beləliklə etilləşmə reaksiyası heterogendən homojenə dəyişir və əvəzedicilərin məhsulda paylanması daha vahid olur.

etil selülozun (EC) sintezi üçün etil bromiddən və seyreltici kimi tetrahidrofurandan istifadə etmiş və məhsulun strukturunu infraqırmızı spektroskopiya, nüvə maqnit rezonansı və gel keçirmə xromatoqrafiyası ilə xarakterizə etmişdir. Hesablanmışdır ki, sintez edilmiş etilselülozun əvəzlənmə dərəcəsi 2,5-ə yaxındır, molekulyar kütlə paylanması dardır, üzvi həlledicilərdə yaxşı həll olur.

xammal kimi müxtəlif polimerləşmə dərəcələrinə malik sellülozadan istifadə etməklə homojen və heterojen üsullarla sianoetilselüloz (CEC) və məhlul tökmə və isti presləmə yolu ilə sıx CEC membran materialları hazırlanmışdır. Məsaməli CEC membranları həlledici ilə induksiya edilmiş faza ayrılması (NIPS), barium titanat/siyanoetilselüloz (BT/CEC) nanokompozit membran materialları isə NIPS texnologiyası ilə hazırlanmış, onların strukturları və xassələri tədqiq edilmişdir.

eterləşdirmə agenti kimi siyanoetilselülozun (CEC) akrilonitrillə homojen sintezi üçün reaksiya mühiti kimi özünü inkişaf etdirən sellüloza həlledicisindən (qələvi/karbamid məhlulu) istifadə etmiş və məhsulun strukturu, xassələri və tətbiqləri üzrə tədqiqatlar aparmışdır. dərindən öyrənmək. Və müxtəlif reaksiya şəraitinə nəzarət etməklə, DS dəyərləri 0,26 ilə 1,81 arasında dəyişən bir sıra MSK əldə edilə bilər.

2.1.2 Hidroksialkil efirlərinin sintezi

Fan Junlin və başqaları xammal kimi təmizlənmiş pambıqdan və həlledici kimi 87,7% izopropanol-sudan istifadə edərək 500 L reaktorda bir addımlı qələviləşdirmə, addım-addım neytrallaşdırma və mərhələli eterləşdirmə yolu ilə hidroksietilselülozu (HEC) hazırladılar. . Nəticələr göstərdi ki, hazırlanmış hidroksietilsellüloza (HEC) 2,2-2,9 molyar əvəzetmə MS-ə malik olub, 2,2-2,4 molyar əvəzetmə ilə kommersiya dərəcəli Dows 250 HEC məhsulu ilə eyni keyfiyyət standartına çatıb. Lateks boya istehsalında HEC-dən istifadə lateks boyanın film əmələ gətirmə və hamarlaşdırıcı xüsusiyyətlərini yaxşılaşdıra bilər.

Liu Dan və başqaları qələvi katalizinin təsiri altında hidroksietilselülozun (HEC) və 2,3-epoksipropiltrimetilamonium xloridin (GTA) yarı quru üsulu ilə dördüncü ammonium duzunun kationik hidroksietilselülozunun hazırlanmasını müzakirə etdilər. efir şərtləri. Kation hidroksietilselüloz efirinin kağıza əlavə edilməsinin təsiri tədqiq edilmişdir. Eksperimental nəticələr göstərir ki: ağardılmış bərk ağac pulpasında kationik hidroksietilselüloz efirinin əvəzlənmə dərəcəsi 0,26 olduqda, ümumi tutma dərəcəsi 9%, suyun filtrasiya dərəcəsi isə 14% artır; ağardılmış sərt ağac pulpasında, kationik hidroksietilselüloz efirinin miqdarı sellüloz lifinin 0,08%-i olduqda, kağız üzərində əhəmiyyətli gücləndirici təsir göstərir; katyonik selüloz efirinin əvəzlənmə dərəcəsi nə qədər çox olarsa, kation yükünün sıxlığı bir o qədər çox olar və gücləndirici təsir bir o qədər yaxşı olar.

Zhanhong, özlülük dəyəri 5 olan hidroksietilselüloz hazırlamaq üçün maye fazalı sintez metodundan istifadə edir.×104 mPa·s və ya daha çox və iki mərhələli qələviləşmə və efirləşmə prosesi vasitəsilə 0,3%-dən az kül dəyəri. İki qələviləşdirmə üsulundan istifadə edilmişdir. Birinci üsul, seyreltici olaraq asetondan istifadə etməkdir. Sellüloza xammalı birbaşa müəyyən konsentrasiyada natrium hidroksid sulu məhlulunda əsaslandırılır. Bazalaşma reaksiyası aparıldıqdan sonra birbaşa eterləşmə reaksiyasını həyata keçirmək üçün eterləşdirmə agenti əlavə edilir. İkinci üsul ondan ibarətdir ki, sellüloza xammalı natrium hidroksid və sidik cövhərinin sulu məhlulunda qələviləşdirilir və bu üsulla hazırlanmış qələvi sellüloz efirləşmə reaksiyasından əvvəl artıq lyenin çıxarılması üçün sıxılmalıdır. Eksperimental nəticələr göstərir ki, seçilmiş seyrelticinin miqdarı, əlavə edilən etilen oksidin miqdarı, qələviləşmə vaxtı, birinci reaksiyanın temperaturu və vaxtı, ikinci reaksiyanın temperaturu və vaxtı kimi amillərin hamısı performansa böyük təsir göstərir. məhsulun.

Xu Qin və başqaları. qələvi sellülozun və propilen oksidin eterfikasiya reaksiyasını həyata keçirmiş və qaz-bərk faza üsulu ilə aşağı əvəzetmə dərəcəsi ilə hidroksipropil sellüloza (HPC) sintez etmişdir. Propilen oksidinin kütlə payının, sıxılma nisbətinin və efirləşmə temperaturunun HPC-nin eterləşmə dərəcəsinə və propilen oksidinin səmərəli istifadəsinə təsiri öyrənilmişdir. Nəticələr göstərdi ki, HPC-nin optimal sintez şərtləri propilen oksidinin kütlə payı 20% (kütləvi sellüloza nisbəti), qələvi sellülozun ekstruziya nisbəti 3,0 və eterləşmə temperaturu 60 olmuşdur.°C. Nüvə maqnit rezonansı ilə HPC-nin struktur testi HPC-nin eterləşmə dərəcəsinin 0,23, propilen oksidin effektiv istifadə dərəcəsinin 41,51% olduğunu və sellüloza molekulyar zəncirinin hidroksipropil qrupları ilə uğurla bağlandığını göstərir.

Kong Xingjie et al. reaksiya prosesinin və məhsulların tənzimlənməsini həyata keçirmək üçün sellülozun homojen reaksiyasını həyata keçirmək üçün həlledici kimi ion maye ilə hidroksipropil sellüloz hazırlamışdır. Təcrübə zamanı sintetik imidazol fosfat ion mayesi 1, 3-dietilimidazol dietilfosfat mikrokristallik sellülozun həll edilməsi üçün istifadə edilmiş və qələviləşdirmə, efirləşmə, turşulaşdırma və yuyulma yolu ilə hidroksipropil sellüloza alınmışdır.

2.1.3 Karboksialkil efirlərinin sintezi

Ən tipik karboksimetil selüloz karboksimetil selülozdur (CMC). Karboksimetilselülozun sulu məhlulu qatılaşdırıcı, plyonka əmələ gətirən, yapışdıran, su tutma, kolloid mühafizə, emulsifikasiya və suspenziya funksiyalarına malikdir və yuyulmada geniş istifadə olunur. Əczaçılıq, qida, diş pastası, tekstil, çap və boyama, kağız istehsalı, neft, mədənçilik, tibb, keramika, elektron komponentlər, rezin, boya, pestisidlər, kosmetika, dəri, plastik və neft qazma və s.

1918-ci ildə alman E.Yansen karboksimetilselülozun sintez üsulunu icad etdi. 1940-cı ildə Almaniyanın IG Farbeninaustrie şirkətinin Kalle fabriki sənaye istehsalı həyata keçirdi. 1947-ci ildə ABŞ-ın Wyandotle Chemical Company davamlı istehsal prosesini uğurla inkişaf etdirdi. mənim ölkəm ilk dəfə 1958-ci ildə Şanxay Selüloid Fabrikində CMC sənaye istehsalına başlamışdır. Karboksimetil selüloz natrium hidroksid və xloroasetik turşunun təsiri altında təmizlənmiş pambıqdan istehsal olunan selüloz efiridir. Onun sənaye istehsalı üsulları iki kateqoriyaya bölünə bilər: müxtəlif eterləşdirmə mühitlərinə görə su əsaslı üsul və həlledici əsaslı üsul. Reaksiya mühiti kimi suyun istifadə edilməsi prosesinə su mühiti üsulu, reaksiya mühitində üzvi həlledici olan proses isə həlledici metod adlanır.

Tədqiqatın dərinləşməsi və texnologiyanın inkişafı ilə karboksimetil selülozun sintezinə yeni reaksiya şərtləri tətbiq olundu və yeni həlledici sistem reaksiya prosesinə və ya məhsulun keyfiyyətinə əhəmiyyətli dərəcədə təsir göstərir. Olaru və başqaları. etanol-aseton qarışıq sistemindən istifadə edərək selülozun karboksimetilləşmə reaksiyasının tək etanol və ya asetondan daha yaxşı olduğunu müəyyən etdi. Nicholson et al. Sistemdə əvəzetmə dərəcəsi aşağı olan CMC hazırlanmışdır. Philipp və digərləri ilə yüksək dərəcədə əvəz edilmiş CMC hazırladılar N-metilmorfolin-N oksidi və N, N dimetilasetamid/litium xlorid həlledici sistemləri müvafiq olaraq. Cai və başqaları. NaOH/karbamid həlledici sistemində CMC-nin hazırlanması üsulunu işləyib hazırlamışdır. Ramos və başqaları. pambıqdan və sisaldan təmizlənmiş sellüloza xammalının karboksimetilləşdirilməsi üçün həlledici kimi DMSO/tetrabutilammonium flüorid ion maye sistemindən istifadə etdi və 2.17 kimi yüksək əvəzetmə dərəcəsi ilə CMC məhsulu əldə etdi. Chen Jinghuan et al. xammal kimi yüksək sellüloz konsentrasiyalı (20%) sellüloza, modifikasiya reagentləri kimi natrium hidroksid və akrilamiddən istifadə etmiş, müəyyən edilmiş vaxtda və temperaturda karboksietitilləşmə modifikasiyası reaksiyasını həyata keçirmiş və nəhayət, karboksietil əsaslı sellüloza əldə etmişdir. Dəyişdirilmiş məhsulun karboksietil tərkibi natrium hidroksid və akrilamidin miqdarını dəyişdirməklə tənzimlənə bilər.

2.2 Qarışıq efirlərin sintezi

Hidroksipropil metil selüloz efiri təbii sellülozadan qələviləşmə və eterləşmə modifikasiyası yolu ilə əldə edilən soyuq suda həll olunan qeyri-qütblü sellüloz efir növüdür. Natrium hidroksid məhlulu ilə qələviləşdirilir və müəyyən miqdarda izopropanol və toluol həlledicisi əlavə edilir, qəbul edən eterləşdirmə agenti metil xlorid və propilen oksiddir.

Dai Mingyun və başqaları. hidrofilik polimerin onurğa sütunu kimi hidroksietilselülozdan (HEC) istifadə etdi və hidrofobik qrup butil qrupunu tənzimləmək üçün efirləşmə reaksiyası ilə hidrofobizləşdirici agent butilqlisidil efirini (BGE) onurğaya peyvənd etdi. Qrupun uyğun hidrofilik-lipofilik balans dəyərinə malik olması və temperatura cavab verən 2-hidroksi-3-butoksipropil hidroksietilselüloz (HBPEC) hazırlanır ki, əvəzetmə dərəcəsi; temperatura cavab verən xüsusiyyət hazırlanır Sellüloza əsaslı funksional materiallar dərmanın davamlı buraxılması və biologiya sahələrində funksional materialların tətbiqi üçün yeni bir yol təqdim edir.

Chen Yangming və başqaları xammal kimi hidroksietilselülozdan istifadə etdilər və izopropanol məhlul sistemində qarışıq efir hidroksietilkarboksimetilselülozunu hazırlamaq üçün homojen reaksiya üçün reaktivə az miqdarda Na2B4O7 əlavə etdilər. Məhsul suda dərhal olur və özlülük sabitdir.

Wang Peng əsas xammal kimi təbii selüloz təmizlənmiş pambıqdan istifadə edir və qələviləşmə və eterləşmə reaksiyaları vasitəsilə vahid reaksiya, yüksək özlülük, yaxşı turşu müqaviməti və duz müqaviməti ilə karboksimetil hidroksipropil selüloz istehsal etmək üçün bir addımlı eterləşdirmə prosesindən istifadə edir. Bir mərhələli eterləşdirmə prosesindən istifadə edərək, istehsal olunan karboksimetil hidroksipropil sellüloza yaxşı duza davamlılığa, turşuya davamlılığa və həll olma qabiliyyətinə malikdir. Propilen oksidin və xlorosirkə turşusunun nisbi miqdarını dəyişdirərək, müxtəlif karboksimetil və hidroksipropil tərkibli məhsullar hazırlamaq olar. Sınaq nəticələri göstərir ki, bir pilləli üsulla istehsal olunan karboksimetil hidroksipropil sellüloz qısa istehsal dövrünə, aşağı həlledici sərfiyyatına malikdir və məhsul birvalentli və ikivalentli duzlara əla müqavimətə malikdir və yaxşı turşu müqavimətinə malikdir. Digər sellüloza efir məhsulları ilə müqayisədə qida və neft kəşfiyyatı sahələrində daha güclü rəqabət qabiliyyətinə malikdir.

Hidroksipropilmetilselüloz (HPMC) sellülozanın bütün növləri arasında ən çox yönlü və ən yaxşı performans göstərən çeşiddir və eyni zamanda qarışıq efirlər arasında kommersiyalaşdırmanın tipik nümayəndəsidir. 1927-ci ildə hidroksipropilmetilselüloz (HPMC) uğurla sintez edildi və təcrid olundu. 1938-ci ildə ABŞ-ın Dow Chemical Co. şirkəti metilselülozun sənaye istehsalını həyata keçirdi və məşhur “Methocel” ticarət nişanını yaratdı. Hidroksipropil metilselülozun geniş miqyaslı sənaye istehsalı 1948-ci ildə ABŞ-da başlamışdır. HPMC-nin istehsal prosesini iki kateqoriyaya bölmək olar: qaz fazası üsulu və maye faza üsulu. Hazırda Avropa, Amerika və Yaponiya kimi inkişaf etmiş ölkələr qaz fazası prosesini daha çox qəbul edirlər və HPMC-nin yerli istehsalı əsasən maye faza prosesinə əsaslanır.

Zhang Shuangjian və başqaları pambıq tozunu xammal kimi təmizlədilər, reaksiya həlledici mühitdə toluol və izopropanolda natrium hidroksid ilə alkalizasiya etdilər, eterləşdirici agent propilen oksidi və metil xlorid ilə eterləşdirdilər, reaksiya verdilər və bir növ ani hidroksipropil metil spirt əsası sellüloza hazırladılar.

3. Outlook

Sellüloza ehtiyatlarla zəngin, yaşıl və ekoloji cəhətdən təmiz, bərpa olunan mühüm kimyəvi və kimyəvi xammaldır. Selülozun efirləşdirilməsi modifikasiyasının törəmələri əla performansa, geniş istifadə spektrinə və əla istifadə effektlərinə malikdir və milli iqtisadiyyatın ehtiyaclarını böyük ölçüdə ödəyir. Sosial inkişafın ehtiyacları, davamlı texnoloji tərəqqi və gələcəkdə kommersiyalaşdırılmasının həyata keçirilməsi ilə, sintetik xammal və selüloz törəmələrinin sintetik üsulları daha çox sənayeləşə bilsə, onlar daha tam istifadə ediləcək və daha geniş tətbiq sahələrini həyata keçirəcəkdir. Dəyər.